đề xuất giải pháp điều khiển và giám sát thiết bị điện trong tòa nhà cao tầng khách sạn ứng dụng công nghệ bms
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.76 MB, 90 trang )
<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP </b>
<b>NGUYỄN VĂN ĐẠI </b>
<b>ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG, KHÁCH SẠN </b>
<b>ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ BMS </b>
<b>LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN </b>
<b>THÁI NGUYÊN - NĂM 2023 </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
<b>TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP </b>
<b>NGUYỄN VĂN ĐẠI </b>
<b>ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG TÒA NHÀ CAO TẦNG, KHÁCH SẠN ỨNG DỤNG </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3"><b>LỜI CAM ĐOAN </b>
<b>Tôi tên là Nguyễn Văn Đại , tôi xin cam đoan luận văn “Đề xuất giải pháp </b>
<b>điều khiển và giám sát thiết bị điện trong tòa nhà cao tầng, khách sạn ứng dụng cơng nghệ BMS” là do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng </b>
Ngọc Trung và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Nội dung trong luận văn là hoàn toàn thực tế, khách quan, trung thực và chưa được công bố trên bất cứ một cơng trình nào khác.
<i>Thái Ngun, ngày 06 tháng 03 năm 2023 </i>
Tác giả luận văn
<b> Nguyễn Văn Đại </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4"><b>LỜI CẢM ƠN </b>
Trong quá trình thực hiện đề tài luận văn này, tôi xin được chân thành cảm ơn đến Thầy TS. Đặng Ngọc Trung đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng luận văn đến q trình viết và hồn thiện luận văn.
Cũng qua đây, tôi xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng đến các thầy giáo trong khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên đã giúp đỡ cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu để hồn thành luận văn. Tơi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến các học viên lớp cao học Kỹ thuật điện K24 và các đồng nghiệp công tác tại Công Ty Điện Lực Bắc Ninh đã luôn quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ về công việc và thời gian để tơi hồn thành được luận văn này.
Tuy nhiên, với nhiều khó khăn do vấn đề thời gian, kinh nghiệm và năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên nội dung luận văn không tránh khỏi những sai sót. Tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến quý báu của các Thầy, Cơ để luận văn này được hồn thiện hơn.
Tác giả luận văn
<b> Nguyễn Văn Đại </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5"><b>MỤC LỤC </b>
LỜI CAM ĐOAN ... 1
LỜI CẢM ƠN ...ii
2. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI LUẬN VĂN ... 2
3. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 3
4. MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN ... 4
5. Những đóng góp mới về lý luận và thực tiễn của luận văn ... 4
6. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN ... 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BMS (BUILDING MANAGEMENT SYSTEM) ... 6
1.1. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỊA NHÀ LÀ GÌ? ... 6
1.1.1. Khái niệm về công nghệ BMS ... 6
1.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống quản lý tòa nhà BMS ... 9
1.2. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ BMS CỦA CÁC HÃNG TRÊN THỊ TRƯỜNG ... 11
1.2.1. Công nghệ BMS của hãng Honeywell ... 11
1.2.2. Công nghệ BMS của hãng Johnson controls ... 12
1.2.3. Công nghệ BMS của hãng Siemens ... 14
1.2.4. Công nghệ BMS của hãng Azbil ... 16
1.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 ... 19
CHƯƠNG 2. ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG TÒA NHÀ, KHÁCH SẠN QUA MẠNG INTERNET/ETHERNET ... 20
2.1 TÌM HIỂU ỨNG DỤNG THỰ TẾ CÔNG NGHỆ BMS CHO KHU FLC_HẠ LONG ... 20
</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">2.1.1 Những yêu cầu kỹ thuật cho dự án BMS tại FLC Grand Hotel Hạ
Long ... 20
2.1.2 Một số hình ảnh minh họa giao diện tại trạm vận hành khu FLC Grand Hotel Hạ Long ... 24
2.1.3 Một số thiết bị chính cho dự án BMS tại FLC Grand Hotel Hạ
2.2.2. Cấu trúc điều khiển ứng dụng PLC Mitsubishi FX_CPU kết hợp với truyền thông Modbus RS485 ... 35
2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 ... 43
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN CHO TÒA NHÀ, KHÁCH SẠN ỨNG DỤNG PLC QUA MẠNG INTERNET/ETHERNET ... 44
3.1. ĐỀ XUẤT BÀI TOÁN MINH HỌA ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ BMS ... 44
HÌNH 3 1. LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN CHO MINH HỌA CHO BÀI TOÁN CÔNG NGHỆ . 46 3.2. TRIỂN KHAI CẤU TRÚC TRUYỀN THƠNG TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN CHO MƠ <small>HÌNH THỰC TẾ ... 46 </small>
3.3. MỘT SỐ THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH ... 48
3.4. MỘT SỐ PHẦN MỀM CHÍNH SỬ DỤNG TRONG MƠ HÌNH ... 55
3.4.1. Phần mềm GX Works 2 ... 55
3.4.2 Phần mềm giám sát Visual studio ... 60
3.5. CÁC BẢN VẼ VÀ ĐỊA CHỈ CÁC BIẾN TRIỂN KHAI MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM .. 68
3.6. HÌNH ẢNH GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM ... 74
3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 ... 77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 79
</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7"><b>DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT</b>
<b>Danh mục các chữ viết tắt tiếng anh </b>BMS <b>Building Management System </b>
LON Local Operating Network PLC Programmable Logic Controller DDC Direct Digital Control
HVAC Heating, Ventilating and Conditioning AHU Air Handing Unit
IED Integrated Electronic Devices
SCADA Supervisory Control And Data Acquisition
<b> Danh mục các chữ viết tắt tiếng việt </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8"><b>DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ </b>
Hình 1. 1. Minh họa cơng nghệ BMS trong thực tế ... 6
Hình 1. 2. Cấu trúc các cấp cơ bản của hệ thống quản lý tịa nhà - BMS ... 9
Hình 1. 3. Minh họa cấu trúc truyền thơng tín hiệu cơ bản trong hệ BMS... 10
<b>Hình 1. 4. Sơ đồ cấu trúc quản lý tịa nhà của Honeywell ... 12 </b>
<b>Hình 1. 5. Sơ đồ chức năng trong quản lý tòa nhà của Honeywell ... 12 </b>
<b>Hình 1. 6. Sơ đồ cấu trúc trong quản lý tịa nhà Johnson ... 13 </b>
<b>Hình 1. 7. Sơ đồ minh họa cấu trúc truyền thông trong quản lý tịa nhà Johnson ... 14 </b>
<b>Hình 1. 8. Sơ đồ minh họa cấu trúc truyền thông trong quản lý tịa nhà của Siemens . 16 Hình 1. 9. Sơ đồ minh họa cấu trúc truyền thông trong quản lý tịa nhà của Azbil ... 17 </b>
<b>Hình 1. 10. Sơ đồ minh họa phân cấp thiết bị trong quản lý tịa nhà của Azbil ... 18 </b>
Hình 2. 1. Hình ảnh khu FLC Grand Hotel Hạ Long... 20
Hình 2. 2. Sơ đồ minh họa cấu trúc phân cấp điều khiển hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long ... 24
Hình 2. 3. Hình ảnh giao diện vận hành hệ thống quạt bếp ... 24
Hình 2. 4. Hình ảnh giao diện vận hành hệ thống van nước nóng ... 25
Hình 2. 5. Hình ảnh giao diện vận hành hệ thống bơm nước cho khách sạn ... 25
Hình 2. 6. Hình ảnh giao diện vận hành Chiller ... 26
Hình 2. 7. Hình ảnh giao diện vận hành AHU ... 26
Hình 2. 8. Hình ảnh giao diện chiếu sáng ... 27
Hình 2. 9. Máy chủ PowerEdge T440 cho hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long ... 28
Hình 2. 10. Bộ điều khiển HVAC của hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long . 29 <b>Hình 2. 11. Bộ điều khiển trung tâm WEB-8025-U của hệ thống BMS tại FLC </b> Grand Hotel Hạ Long ... 30
<b>Hình 2. 12. Minh họa module mở rộng Sylk™ I/O của hệ thống BMS tại FLC </b> Grand Hotel Hạ Long ... 30
Hình 2. 13. Phân cấp trong truyền thơng CC-Link ... 32
Hình 2. 14. Cách đấu nối giữa các trạm trong truyền thơng CC-Link ... 33
Hình 2. 15. Minh họa cấu hình các trạm trong truyền thông CC-Link trên GX-Works2 ... 34
</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">Hình 2. 16. Cấu trúc điều khiển giám sát thiết bị điện theo công nghệ BMS ứng
dụng PLC Mitsubishi dòng Q và truyền thơng CC-Link ... 35
Hình 2. 17. Minh họa giao thức truyền thơng Modbus ... 36
Hình 2. 18. Minh họa truyền thông Modbus RS485 giữa các PLC Mitsubishi FX ... 38
Hình 2. 19. Địa chỉ truyền thơng Modbus RS485 giữa các trạm ... 39
Hình 2. 20. Hình ảnh thực của Module FX3G-485-BD ... 40
Hình 2. 21. Đấu nối tín hiệu kiểu 2 dây trong truyền thơng Modbus RS485 ... 41
Hình 2. 22. Đấu nối tín hiệu kiểu 4 dây trong truyền thơng Modbus RS485 ... 41
Hình 2. 23. Cấu trúc điều khiển giám sát các thiết bị điện theo công nghệ BMS ứng dụng PLC Mitsubishi dịng FX và truyền thơng Modbus RS485 ... 42
Hình 3 1. Lưu đồ thuật tốn cho minh họa cho bài tốn cơng nghệ ... 46
Hình 3 2. Sơ đồ triển khai truyền thơng tín hiệu điều khiển các thiết bị điện cho bài tốn cơng nghệ đề xuất trên mơ hình thực ... 48
Hình 3 3. Sơ đồ bố trí các thiết bị trên mơ hình thực cho bài tốn cơng nghệ đề xuất .. 68
Hình 3 4. Sơ đồ ngun lý của mơ hình thực cho bài tốn cơng nghệ đề xuất ... 69
Hình 3 5. Giao diện màn hình giới thiệu của mơ hình thực thiết kế trên Visual studio 2017 ... 74
Hình 3 6. Giao diện đăng nhập tài khoản của giao diện giám sát ... 74
Hình 3 7. Giao diện giám sát hiển thị trạng thái cấp điện các tầng, phòng khách sạn và thời gian khách ra/vào phòng ... 75
Hình 3 8. Giao diện giám sát hiển thị cảnh báo sự cố cháy nổ ... 75
Hình 3 9. Giao diện xuất báo cáo dữ liệu theo thời gian thực ... 76
Hình 3 10. Hình ảnh mơ hình thực nghiệm hoàn thiện ... 76
</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10"><b>DANH MỤC BẢNG BIỂU </b>
Bảng 1: Thông số kỹ thuật máy chủ PowerEdge T440 ... 28
Bảng 2: Thông số kỹ thuật module Sylk™ I/O ... 31
Bảng 3: Thông số tốc độ và khoảng cách truyền thông CC-Link ... 33
Bảng 4: Thông số kỹ thuật truyền thông Modbus RS485 giữa các PLC dòng FX ... 38
Bảng 5: Thơng số cấu hình truyền thơng Modbus RS485 giữa các PLC dòng FX ... 39
Bảng 6: Thiết bị vật tƣ sử dụng trong mơ hình ... 49
<i>Bảng 7: Bảng gán địa chỉ vào ra các thiết bị trên mơ hình ... 70 </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11"><b>MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài </b>
Trong thời đại cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển và khơng khí hội nhập kinh tế quốc tế của Việt Nam hiện nay, chúng ta đã tiến được những bước dài và đã đạt được những kết quả tương đối khích lệ trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Một trong những thành cơng đó là quy mơ đơ thị hóa với hàng lọat các cơng trình, kiến trúc đồ sộ mọc lên để tơ đẹp thêm cho sự thành công và phát triển nền kinh tế - xã hội của Việt Nam.
Trước sự phát triển nhanh chóng đó, vấn đề đặt ra là kiểm định chất lượng các tòa nhà, khách sạn… đó như thế nào và dựa vào các tiêu chí nào để đánh giá chất lượng cho các tòa nhà cao tầng, khách sạn đó. Tùy theo quan điểm kiến trúc, kết cấu xây dựng, tiện nghi, khả năng sử dụng hiệu quả và linh hoạt, thân thiện với môi trường, tiết kiệm năng lượng... mà chúng ta có các tiêu chí đánh giá và kiểm định khác nhau. Một trong những tiêu chí để đánh giá và kiểm định là hệ thống quản lý tòa nhà - BMS (Building Management System). Các tòa nhà cao tầng, khách sạn hiện nay đều được trang bị các thiết bị hiện đại có hệ thống dịch vụ phức tạp nhưng vẫn đang hoạt động độc lập. Vì vậy cần phải xây dựng một giải pháp tích hợp tồn diện nhằm tập trung hóa và tồn diện hóa về việc giám sát, vận hành và quản lý tòa nhà.
Hệ thống BMS là hệ thống đồng bộ cho phép điều khiển và quản lý mọi hệ thống kỹ thuật trong tòa nhà như: hệ thống điện chiếu sáng, hệ thống cung cấp nước sinh hoạt, điều hịa thơng gió, cảnh báo mơi trường, an ninh, báo cháy – chữa cháy,… đảm bảo cho việc vận hành các thiết bị trong tịa nhà được chính xác, kịp thời, hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và tiết kiệm chi phí vận hành qua mạng nội bộ hoặc Internet/Ethernet [1], [2], [3], [4-11], [14]. Hệ thống BMS là hệ thống đồng bộ mang tính thời gian thực, trực tuyến, đa phương tiện, nhiều người dùng, hệ thống vi xử lý bao gồm các bộ vi xử lý trung tâm với tất cả các phần mềm và phần cứng máy tính, các thiết bị vào/ra, các bộ vi xử lý khu vực, các bộ cảm biến và điều khiển qua các ma trận điểm.
Hiện nay trên thị trường có rất nhiều hãng đã và đang đưa ra các phiên bản về hệ thống BMS khác nhau như: Trên thế giới có các hãng: Siemens, Honeywell,
</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">Johnson controls, Delta control,… Trong nước có thể kể đến: Công ty TNHH CBRE Việt Nam, Công ty CP quản lý và khai thác tài sản PSA, Công ty TNHH Savills Việt Nam, Công ty CP Quản lý và Khai thác Tòa nhà PMC, Công ty CP VISAHO…Hầu hết các gói sản phẩm có chi phí khá cao thường phù hợp với các khách sạn, tòa nhà hiện đại với chi phí lớn. Ngồi ra, việc can thiệp để mở rộng các chức năng quản lý đối với các kỹ sư vận hành tại các tòa nhà khách sạn là hạn chế, do các hệ thống được tích hợp bởi các mạch vi điều khiển đóng gói kín, do vậy rất khó cho việc nghiên cứu và tìm hiểu.
Như vậy, có thể thấy rằng việc nghiên cứu hướng cải tạo cũng như đề xuất các giải pháp mới để xây dựng phương thức điều khiển, giám sát quản lý tòa nhà, khách sạn… là hướng đi tất yếu, nhằm đưa ra các ứng dụng trong vận hành quản lý tòa nhà, khách sạn theo hướng mở tăng hiệu quả trong quá trình vận hành các trạm. Sau khi tìm hiểu và nghiên cứu các kiến thức cơ bản và chuyên sâu về các tính năng cũng như phương pháp điều khiển tự động hóa cho hệ thống quản lý tịa nhà, khách sạn… tôi đã nhận thấy tầm quan trọng cũng như ý nghĩa thực tiễn của hệ thống này
<i><b>và khả năng phát triển trong tương lai. Do đó đã quyết định lựa chọn đề tài “Đề </b></i>
<i><b>xuất giải pháp điều khiển và giám sát thiết bị điện trong tòa nhà cao tầng, khách sạn ứng dụng công nghệ BMS” làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật. </b></i>
<b>2. Tính cấp thiết của đề tài luận văn </b>
Ngày nay khái niệm về hệ thống quản lý tòa nhà BMS khơng cịn xa lạ. Đã có rất nhiều cơng trình nghiên cứu và ứng dụng về hệ BMS như: Trong nước, trong [1] tác giả đã tìm hiểu về hệ BMS và mô phỏng hệ thống BMS trên phần mềm Aposee Insight của Siemens cho tòa nhà, khách sạn Novotel Đà Nẵng để thấy được các tính năng tự động và thông minh trong vận hành quản lý tịa nhà. Trong [2] tác giả đã tìm hiểu các giao thức truyền thông trong hệ BMS và ứng dụng vi điều khiển AVR Atmega 128 để lập trình điều khiển và giám sát cho một bài tốn cơng nghệ cho tịa nhà cao tầng. Tác giả của nghiên cứu [3], lại tập trung nghiên cứu sâu về giải pháp điều khiển hệ HVAC ứng dụng công nghệ BMS…Trên thế giới, trong [12] các tác giả ứng dụng vi điều khiển AT89C52 thiết kế hệ thống điều khiển hệ BMS trên mơ hình tại đại học IQRA và tập trung vào điều khiển và tính bảo mật của hệ HVAC. Các tác giả trong [13], [15] lại nghiên cứu tổng quan về cấu trúc
</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">điều khiển và phương thức truyền thơng trong hệ BMS có ứng dụng cơng nghệ IoT, đảm bảo tính bảo mật và thơng tin dữ liệu được cập nhật chính xác theo thời gian thực. Trong [14] các tác giả ứng dụng PLC kết hợp với giao diện giám sát SCADA để điều khiển các hệ thống dưới khu tàu điện ngầm, hệ thống HVAC, chẩn đoán dữ liệu liên quan đến tiết kiệm năng lượng ứng dụng công nghệ BMS…Tuy nhiên việc xây dựng cấu trúc điều khiển và giám sát, cũng như giải pháp truyền thơng dữ liệu trong hầu hết các bài tốn cơng nghệ của cơng trình chung cư cao tầng, khách sạn, khu thương mại dịch vụ…luôn là các bài tốn có hướng mở và có thể có nhiều giải pháp khác nhau để thực hiện công nghệ BMS. Bằng sự kết hợp giữa giải pháp truyền thông, bộ điều khiển trung tâm với các cảm biến như: cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến khói, cảm biến mức… sẽ đem lại những công nghệ tự động và thông minh trong việc vận hành các chức năng khác nhau của một tòa nhà hay khách sạn đó. Bên cạnh đó việc xây dựng các cấu trúc điều khiển và truyền thông được xem là khâu then chốt cho mỗi cơng trình. Hiện nay có rất nhiều giải pháp sử dụng các mạch vi điều khiển dạng hộp đen cho bộ điều khiển trung tâm, khiến các kỹ sư vận hành các tịa nhà khách sạn đó khó có thể can thiệp và mở rộng khả năng ứng dụng cho các thiết bị ngoại vi. Vì vậy, với mong muốn ứng dụng PLC là một thiết bị lập trình và vận hành tương đối đơn giản và có độ chính xác cao vào cơng nghệ BMS này, không chỉ điều khiển và giám sát hệ BMS trong mạng nội bộ mà cịn có thể giảm sát ở bất cứ đâu qua mạng Internet vì vậy dưới sự định hướng của
<i><b>thầy hướng dẫn, em xin lựa chọn đề tài với nội dung nghiên cứu như sau: Đề xuất </b></i>
<i><b>giải pháp điều khiển và giám sát thiết bị điện trong tòa nhà cao tầng, khách sạn ứng dụng công nghệ BMS làm đề tài nghiên cứu luận văn thạc sĩ kỹ thuật là hoàn </b></i>
toàn phù hợp với xu thế nghiên cứu hiện nay.
<b>3. Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu </b>
<b>Về phạm vi nghiên cứu: Tập trung đề xuất giải pháp điều khiển, giám sát và </b>
truyền thơng tín hiệu điều khiển, vận hành các thiết bị điện trong các tòa nhà cao tầng, khách sạn…theo công nghệ BMS sử dụng phối hợp một số giao thức truyền thông như: Internet/Ethernet, Modbus RS485... qua phần mềm Visual Studio, Itag Builder…
</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14"><b>Đối tượng nghiên cứu là: Nghiên cứu về cơng nghệ quản lý tịa nhà - BMS </b>
(Building Management System) đã và đang được ứng dụng trong nước và trên thế giới hiện nay.
<b>Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết kết </b>
hợp với mơ hình thực nghiệm: Tìm hiểu cơng nghệ về hệ thống quản lý tịa nhà – BMS thông qua sách, báo khoa học và hệ thống thực tế, từ đó đề xuất giải pháp điều khiển thiết bị điện, xây dựng giao diện giám sát trên phần mềm Visual studio để truyền thơng tín hiệu qua mạng Ethernet/ Internet. Đồng thời kiểm chứng kết quả qua mơ hình thực nghiệm.
<b>4. Mục tiêu của luận văn </b>
Xây dựng giải pháp điều khiển và giám sát từ xa qua mạng Ethernet/Internet từ trung tâm điều khiển (Phòng trực kỹ thuật, Quầy lễ tân… của các tòa nhà, khách sạn) đến các thiết bị đầu cuối thông qua máy tính hoặc điện thoại để vận hành và quản lý các thiết bị một cách linh hoạt và thơng minh.
<b>5. Những đóng góp mới về lý luận và thực tiễn của luận văn </b>
Luận văn đã thực hiện được các nội dung sau:
1. Đã đề xuất được cấu trúc điều khiển và truyền thơng tín hiệu để điều khiển khiển và giám sát các thiết bị điện trong các tòa nhà, khách sạn qua mạng Internet/ Ethernet ứng dụng bộ xử lý trung tâm là PLC.
2. Đã xây dựng được giao diện giám sát trực quan theo thời gian thực mơ hình quản lý tịa nhà qua phần mềm Visual studio, Itag Builder, AT Driver server… Những đóng góp trên đây có ý nghĩa khoa học, có giá trị thực tiễn và có
<i>thể áp dụng để vận hành và quản lý các tòa nhà, khách sạn thực tế hiện nay. </i>
<b>6. Bố cục của luận văn </b>
Luận văn gồm phần mở đầu, 3 chương chính, phần kết luận và tài liệu tham khảo. Bố cục được trình bày như sau:
<b>Phần mở đầu: Nêu lý do chọn đề tài, tính cấp thiết và hướng nghiên cứu </b>
<b>chính. </b>
<b>Chương 1. Tổng quan về công nghệ BMS (Building Management System) </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">Chương này nghiên cứu tổng quan về công nghệ quản lý tòa nhà – BMS trong và ngồi nước hiện nay, từ đó giới hạn bài toán nghiên cứu và đề xuất hướng điều khiển, giám sát thiết bị điện từ trung tâm điều khiển tới thiết bị đầu cuối trong tòa nhà và khách sạn.
<b>Chương 2. Đề xuất cấu trúc điều khiển giám sát thiết bị điện trong các tòa nhà, khách sạn qua mạng Internet/Ethernet </b>
Chương này tập trung nghiên cứu về cấu trúc điều khiển và giao thức truyền thông để điều khiển các thiết bị điện được sử dụng phổ biến hiện nay trong hệ thống quản lý tòa nhà BMS thông qua một số ứng dụng thực tế tại các khách sạn tại Việt Nam. Từ đó đề xuất cấu trúc điều khiển và truyền thông để điều khiển một bài tốn cơng nghệ cụ thể trong hệ BMS ứng dụng PLC Mitsubishi FX và các phần mềm thiết kế giao diện giám sát như: Visual Studio, AT Driver Server…
<b>Chương 3. Xây dựng mơ hình điều khiển và giám sát thiết bị điện cho tòa nhà, khách sạn ứng dụng PLC qua mạng Internet/Ethernet </b>
Chương này xây dựng mơ hình thực nghiệm nhằm kiểm chứng tính đúng đắn về cấu trúc điều khiển và truyền thông đã đề xuất ở chương 2 theo công nghệ quản lý tòa nhà BMS, với một số bài toán điều khiển và giám sát thông qua máy tính cụ thể như: cấp nguồn điện cho từng tầng, phịng, hệ thơng chiếu sáng, hệ thống bơm nước, quạt thơng gió hành lang…trong tòa nhà cao tầng/ khách sạn qua mạng Ethernet/Ineternet quản lý theo thời gian thực, có các chức năng cảnh báo, xuất dữ liệu theo thời gian thực...
<b>Phần kết luận và kiến nghị: Tóm tắt các kết quả đạt được, tồn tại và </b>
hướng phát triển tiếp theo của đề tài. .
</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16"><b>CHƯƠNG 1 </b>
<b>TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ BMS (BUILDING MANAGEMENT SYSTEM) </b>
<b>1.1. Hệ thống quản lý tịa nhà là gì? 1.1.1. Khái niệm về công nghệ BMS </b>
<b> BMS là viết tắt của cụm từ Building Management System – Hệ thống quản </b>
lý tòa nhà. Thuật ngữ BMS ra đời vào đầu những năm 1950 và cho đến nay nó có nhiều thay đổi trên cả phương diện phạm vi và cấu hình của hệ thống. Hệ thống BMS bao gồm hệ thống phần cứng và phần mềm để điều khiển và giám sát toàn bộ hệ thống kỹ thuật trong các tòa nhà cao tầng hiện đại như: hệ thống điện, nước sinh hoạt, điều hịa, thơng gió, an ninh, báo cháy, chữa cháy, cảnh báo môi trường….[6], [8], [9]. Thông qua việc can thiệp vào các hệ thống trên, cơng nghệ BMS có thể hỗ trợ đắc lực và hiệu quả cho việc vận hành/quản lý, tạo ra môi trường thuận lợi nhất cho các sinh hoạt của con người trong tịa nhà.
<i>Hình 1. 1. Minh họa công nghệ BMS trong thực tế </i>
<i><b> Các lĩnh vực ứng dụng hệ BMS: </b></i>
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, các tòa nhà cao tầng xuất hiện ngày càng nhiều, nhất là tại các đô thị lớn không chỉ trên thế giới mà ngay tại Việt Nam. Tuy nhiên việc quản lý vận hành tòa nhà này chưa bao giờ là điều dễ dàng. Hệ thống quản lý tòa nhà BMS ra đời để giúp chúng ta thực hiện quá trình này một
</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">cách nhanh chóng, hiệu quả và tối ưu hơn. Hệ thống BMS đang ngày một hoàn thiện và có thể ứng dụng trong việc vận hành hầu hết các lĩnh vực như:
- Các cao ốc văn phòng, trung tâm thương mại, ngân hàng.
<b> Chức năng của hệ thống quản lý tòa nhà BMS </b>
Hệ thống quản lý tịa nhà BMS có các chức năng sau:
Hệ thống điều hịa khơng khí: BMS giám sát chế độ hoạt động của hệ thống điều hòa, điều chỉnh nhiệt độ điều hòa theo từng khu vực dựa theo cài đặt hoặc tự động điều chỉnh theo điều kiện thực tế của môi trường.
Hệ thống thơng gió: Điều khiển việc bật/tắt, tốc độ hoạt động của hệ thống thơng gió theo các chế độ tự động dựa trên tín hiệu các cảm biến, tự động theo lịch, bật/tắt thủ công.
Hệ thống camera an ninh: Phần mềm quản lý tịa nhà của BMS tiếp nhận tín hiệu, lưu trữ và quản lý các hình ảnh/video được hệ thống camera an ninh ghi lại. Bên cạnh đó, hệ thống còn đưa ra các cảnh báo về chế độ hoạt động của camera.
Hệ thống điều khiển chiếu sáng: Hệ thống BMS hỗ trợ việc bật/tắt hệ thống đèn tại các khu vực công cộng tự động theo lịch hoặc bật/tắt thủ cơng thơng qua màn hình giám sát mà không cần phải đến tận nơi.
Hệ thống đo đếm năng lượng: Theo dõi, giám sát và ghi nhận các thông tin về hoạt động tiêu thụ năng lượng của tòa nhà được truyền về. Hệ thống BMS sẽ lưu trữ, xử lý và thiết lập các cảnh báo, báo cáo về tình trạng tiêu thụ năng lượng.
Thang máy: Bằng cách kiểm soát, theo dõi trạng thái vận hành của thang máy, BMS kịp thời phát hiện và thông báo các vấn đề, sự cố của thang và điều khiển hoạt động của thang mà không cần nhân viên kỹ thuật đến tận nơi.
</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18"> Hệ thống điện: Theo dõi, giám sát và ghi nhận các thông tin về hoạt động tiêu thụ năng lượng của tòa nhà được truyền về. Hệ thống BMS sẽ lưu trữ, xử lý và thiết lập các cảnh báo, báo cáo về tình trạng tiêu thụ năng lượng.
Hệ thống báo cháy: Hệ thống BMS có thể kết nối trực tiếp với hệ thống báo cháy, nắm bắt được tình trạng hoạt động của tồn bộ các thiết bị và cảnh báo của hệ thống báo cháy. Từ đó cung cấp chính xác địa chỉ xảy ra cháy nổ trong tòa nhà.
Hệ thống cấp nước sinh hoạt: Hệ thống thực hiện việc điều khiển, giám sát chặt chẽ lượng nước trong bể, hệ thống bơm, hệ thống van cấp nước trong tòa nhà, bật tắt máy bơm tổng theo cài đặt tự động hoặc chỉnh tay bởi nhân viên kỹ thuật.
Các chức năng của hệ thống này chính là những cơng cụ hỗ trợ đắc lực nhất giúp giải phóng sức lao động của con người, nâng cao hiệu quả hoạt động trong việc vận hành quản lý tòa nhà.
<i><b> Tính năng của hệ thống quản lý tịa nhà BMS </b></i>
Các tính năng của hệ thống quản lý tòa nhà gồm:
Đồng bộ các lệnh điều khiển thiết bị trong tòa nhà, khách sạn… trực tuyến theo thời gian thực. Giúp các nhân viên kỹ thuật có thể vận hành các hệ thống này một cách an tồn, chính xác và hiệu quả.
Thực hiện thao tác vận hành, giám sát trực quan các bài tốn cơng nghệ trong tòa nhà, khách sạn như: hệ thống chiếu sáng, hệ thống bơm nước, quạt thơng gió…thơng qua một giao diện mở có khả năng điều khiển qua sự phối hợp nhiều giao thức truyền thông khác nhau. Đồng thời đảm bảo các hệ thống này luôn hoạt động và vận hành một cách tối ưu, hiệu quả. Qua đó, đáp ứng tốt nhất nhu cầu sử dụng, giúp những người sinh sống hoặc làm việc trong tòa nhà luôn cảm thấy thoải mái và tiện nghi.
Tự động phát hiện và cảnh báo các sự cố chính xác, kịp thời như: khói thuốc, hỏa hoạn,… đến đội ngũ vận hành, làm giảm thiểu thiệt hại về người và tài sản khi xảy ra sự cố.
Xuất báo cáo dữ liệu theo thời gian thực cho cấp quản lý và nhân viên vận hành khi cần kiểm soát và thống kê thông tin hệ thống dưới nhiều hình thức như: bảng số liệu, đồ thị tần suất,… giúp nắm bắt được thơng tin lưu trữ một cách chính xác.
</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19"> Kiểm soát chất lượng cung cấp điện năng, tiết kiệm năng lượng điện, đảm bảo đường truyền tín hiệu mạng, chất lượng khơng khí, môi trường… giúp tạo ra môi trường làm việc liên tục, không bị gián đoạn, thân thiện và thoải mái nhất.
Hệ thống có khả năng mở rộng các module chức năng điều khiển, giám sát và linh động trong việc phối hợp sử dụng thiết bị của các hãng thiết bị khác nhau. Qua đó mang lại các giải pháp hoàn hảo, giúp nâng cao hiệu quả vận hành của tòa nhà.
<b>1.1.2. Cấu trúc chung của hệ thống quản lý tòa nhà BMS </b>
Trong nội dung đề tài nhìn nhận hệ BMS dưới hai góc độ về cấu trúc quản lý vận hành và cấu trúc truyền thơng tín hiệu, cụ thể như sau:
Xây hệ thống BMS có cấu trúc quản lý và vận hành của một hệ thống điều khiển
<i>phân tán. Hệ thống được phân thành 4 cấp cơ bản như Hình 1.2 [3], [5], [8]: </i>
Cấp chấp hành: Gồm các hệ thống đầu vào như: hệ thống cảm biến, camera, công tắc thẻ từ,… các hệ thống đầu ra gồm các cơ cấu chấp hành như: quạt thơng gió, điều hịa, đèn, còi, máy bơm,… Cấp này có chức năng đo lường, dẫn động, chuyển đổi tín hiệu.
Cấp điều khiển: Bao gồm các bộ điều khiển DDC, PLC, PAC,… Cấp điều khiển có nhiệm vụ tiếp nhận thông tin từ các bộ cảm biến và xử lý thơng tin theo thuật tốn nhất định sau đó gửi tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành.
<i><b>Hình 1. 2. Cấu trúc các cấp cơ bản của hệ thống quản lý tòa nhà - BMS </b></i>
Cấp điều khiển, giám sát: có chức năng giám sát và vận hành quá trình kỹ thuật, hỗ trợ người dùng trong việc cài đặt ứng dụng, giám sát quá trình vận hành để
</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">xử lý những sự cố bất ngờ. Việc điều khiển giám sát khơng địi hỏi quá nhiều phương tiện, dễ dàng thao tác qua máy tính thơng thường.
Cấp quản lý: là cấp cao nhất trong các cấp, là bộ phận theo dõi, giám sát, điều hành và đưa ra quyết định chiến lược cho hệ thống. Chức năng chính của cấp quản lý là thu thập, lưu trữ và xử lý các dữ liệu như: thống kê dữ liệu sử dụng năng lượng, chi phí vận hành, lịch sử các cảnh bảo và sự cố phát sinh… Sau đó, hệ thống tạo ra các báo cáo phục vụ cho quá trình quản lý và khai thác hệ thống cơ sở vật chất kỹ thuật một cách hiệu quả, bền vững.
Cấu trúc về truyền thơng tín hiệu trong hệ thống quản lý tịa nhà – BMS:
<i>Hình 1. 3. Minh họa cấu trúc truyền thơng tín hiệu cơ bản trong hệ BMS </i>
<i>Hình 1.3 trình bày minh họa một cấu trúc truyền thông cơ bản và phổ biến của </i>
hệ thống BMS thực tế. Hiện nay, khơng có một bộ quy định tiêu chuẩn thành phần hoặc chức năng nào về sử dụng giải pháp truyền thơng tín hiệu trong BMS, có nghĩa là mỗi tịa nhà đều có giải pháp độc đáo của riêng mình. Hầu hết các hệ thống BMS sẽ tự thay đổi trong suốt vòng đời của tịa nhà, thêm hoặc xóa các đơn vị đầu vào/ra ở các cấp khi cần thiết. Có thể làm được điều này mà không thay đổi cơ sở hạ tầng chính của BMS là điều kiện tiên quyết để có một BMS hoạt động bền vững. Sử
</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">dụng các giao thức truyền thông và thiết bị truyền thơng có khả năng thích ứng và mở rộng có lẽ là quan trọng nhất để thực hiện trong vấn đề này. Bằng việc phối hợp các giao thức truyền thông theo các chuẩn quốc tế cho các tịa nhà nói chung và trong hệ thống BMS nói riêng sẽ đem lại những ưu điểm và tính năng độc đáo cho một giải pháp truyền thông [4], [5], [14], [15]. Ngoài ra giúp cho các hệ thống BMS có thể phối hợp linh hoạt các thiết bị điều khiển, thiết bị đo lường, thiết bị chấp hành của các hãng khác nhau cùng giao thức vận hành trên cùng một hệ thống. Do vậy, đây sẽ là một hướng cho các nghiên cứu triển khai các giải pháp truyền thơng của mình cho hệ thống BMS này.
<b>1.2. Một số công nghệ BMS của các hãng trên thị trường </b>
<i><b>1.2.1. Công nghệ BMS của hãng Honeywell </b></i>
Enterprise Buldings Intergrator (EBI) là giải pháp quản lý, tự động hóa tịa
<b>nhà tồn diện của hãng Honeywell. Giải pháp này bao gồm đầy đủ các hệ thống từ </b>
BMS đến hệ thống điều khiển HAVC, điện năng, an ninh, âm thanh, ánh sáng, quản
<b>lý tài sản, quản lý bảo trì,… Cộng thêm vào đó Honeywell cịn cung cấp các thiết bị </b>
phần cứng (các bộ điều khiển DDC, các cơ cấu chấp hành – actuator, cảm biến,…) với chất lượng công nghiệp cho phép đáp ứng mọi yêu cầu về đo lường và điều khiển.
EBI được hãng xây dựng trên cơ sở kế thừa thành tựu của cơng nghệ tự động hóa SCADA trong cơng nghiệp: truyền thông TCP/IP, kết nối hệ thống thông qua mạng LAN, WAN sử dụng kiến trúc mở khách/chủ và chạy trên hệ điều hành Microsoft Windows. EBI sử dụng giao diện dựa trên công nghệ Web quen thuộc, rất tiện lợi cho người quản lý và vận hành.
Hệ thống quản lý tòa nhà của Honeywell sử dụng giao thức truyền thông BAcnet/IP, giao thức phổ biến nhất hiện nay trong quản lý các tòa nhà. Giao thức Bacnet là giao thức chuẩn được phát triển bởi Hiệp hội kỹ sư nhiệt lạnh và điều hòa khơng khí Hoa Kỳ (ASHRAE) từ tháng 6 năm 1987. Bacnet là một chuẩn truyền thơng giao tiếp khơng độc quyền, có tính mở. Nó có thể được áp dụng trong thực tế cho bất kỳ tòa nhà nào hiện nay, bao gồm: hệ thống HVAC, chiếu sáng, hệ thống an ninh an tồn…
</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22"><i><b>Hình 1. 4. Sơ đồ cấu trúc quản lý tòa nhà của Honeywell </b></i>
<b> Giả sử một hệ thống BMS phải kết nối đến 4 hệ thống con là: hệ thống điều </b>
khiển quá trình PCS, hệ thống quản lý điện năng PMS, hệ thống quản lý nguy hiểm DMS và hệ thống thông tin và truyền thơng (ICS). Khi đó hệ thống quản lý tịa nhà sẽ có sơ đồ chức năng nhƣ sau:
<i><b>Hình 1. 5. Sơ đồ chức năng trong quản lý tịa nhà của Honeywell 1.2.2. Cơng nghệ BMS của hãng Johnson controls </b></i>
<b>Johnson controls là hãng cung cấp giải pháp có truyền thống và nhiều năm </b>
<b>kinh nghiệm trong lĩnh vực cơng nghệ BMS, các cơng trình của Johnson đã có mặt </b>
</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">ở rất nhiều nơi trên thế giới và đặc biệt đã được ứng dụng và kiểm chứng qua nhiều cơng trình ở Việt Nam.
Cấu trúc hệ thống:
Năm 2003, Johnson controls đưa ra kiến trúc Metasys Extended và liên tục được cải tiến nhằm thích hợp với sự phát triển của thông tin điện tử và thiết bị mạng hiện nay.
<i><b>Hình 1. 6. Sơ đồ cấu trúc trong quản lý tòa nhà Johnson</b></i>
Hệ thống Metasys cho phép tích hợp các hệ thống cơ điện trong tịa nhà sử dụng giao thức chuẩn công nghiệp BACnet, N2, LONtalk, Modbus. Cấu trúc hệ thống của Metasys cũng có 4 cấp tương tự các cấu trúc hệ thống BMS khác: cấp vận hành/ giám sát, cấp điều khiển hệ thống, cấp điều khiển trường, cấp trường.
Cấp vận hành/giám sát: Bao gồm hệ thống máy chủ, máy trạm, máy in kết nối mạng LAN và kết nối với máy tính chủ các hệ thống khác. Giao thức hỗ trợ của hệ thống: Bacnet IP, Ethernet TCP/IP.
Cấp điều khiển hệ thống: Bao gồm các bộ điều khiển phân tán nối mạng peer-to-peer theo kiểu Daisy-chain. Giao thức hỗ trợ Bacnet MS/TP, Lonwork,
</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">N2, Modbus. Có thể kết nối tới 200 thiết bị điều khiển trên một thiết bị điều khiển mạng.
Cấp điều khiển trường: Bao gồm các bộ điều khiển trường nối mạng tới bộ điều khiển hệ thống sử dụng giao thức Bacnet MS/TP, Lonwork, N2, Modbus.
Cấp trường: Bao gồm các thiết bị trường: cảm biến, van điều khiển để giám sát/điều khiển các hệ thống cơ điện.
.
<i><b>Hình 1. 7. Sơ đồ minh họa cấu trúc truyền thơng trong quản lý tịa nhà Johnson 1.2.3. Công nghệ BMS của hãng Siemens </b></i>
<b>Siemens là công ty hàng đầu của thế giới trong việc cung cấp các thiết bị </b>
điều khiển và các giải pháp tự động hóa. Siemens cung cấp giải pháp tự động hóa tịa nhà APOGEE.
Hệ thống điều khiển tự động hóa tịa nhà của Siemens là hệ thống điều khiển phân tán bao gồm cấp điều hành và quản lý mạng LAN với máy tính chủ APOGEE, cấp điều khiển giám sát điều khiển điều hòa trung tâm, hệ thống điện, hệ thống chiếu sáng… Trong đó, cấp điều khiển cấp trường có nhiệm vụ điều khiển các thiết bị như các van, điều khiển quạt, điều khiển các thiết bị chiếu sáng. Bộ điều khiển
</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">cấp hệ thống được tích hợp những chức năng quản lý, lưu trữ và sử dụng vào các hệ thống điều hòa trung tâm, máy lạnh trung tâm. Ở cấp vận hành, giám sát bộ điều khiển trạm vận hành và giám sát sẽ hầu như giao tiếp với người vận hành.
Hệ thống quản lý tịa nhà APOGEE của Siemens có thể thực hiện các chức năng sau:
Quản lý hệ thống HVAC.
Quản lý hệ thống camera giám sát an ninh. Quản lý hệ thống kiểm soát ra vào.
Quản lý hệ thống chống trộm.
Tích hợp hệ thống báo cháy và chữa cháy tự động. Quản lý hệ thống truyền thanh nội bộ PA.
Quản lý hệ thống thang máy. Quản lý năng lượng.
</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26"><i>Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống APOGEE của Siemens </i>
<i><b>Hình 1. 8. Sơ đồ minh họa cấu trúc truyền thơng trong quản lý tịa nhà của Siemens1.2.4. Công nghệ BMS của hãng Azbil </b></i>
Được thành lập vào tháng 6 năm 2008, công ty trách nhiệm hữu hạn Azbil Việt Nam là một công ty thành viên của Tập đoàn azbil (tập đoàn Yamatake trước đây) với lịch sử 100 năm hình thành và phát triển. Có trụ sở chính đặt tại Hà Nội và chi nhánh tại Thành phố Hồ Chí Minh, Azbil Việt Nam cung cấp đa dạng dịch vụ kĩ
</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">thuật và các giải pháp Tự động hố tịa nhà (Hệ thống điều khiển tự động HVAC; Hệ thống quản lý tòa nhà (BMS); Tiết kiệm năng lượng) và Tự động hóa Cơng nghiệp (Hệ thống điều khiển nhà máy, Van điều khiển, Thiết bị trường, các dịch vụ Bảo trì, Kiểm tra thiết bị của nhà máy và các Giải pháp cải tiến khác).
<b>Hệ thống quản lý toà nhà thế hệ Savic-netTMFX của Azbil là một hệ thống </b>
có độ linh hoạt cao, hỗ trợ giao thức truyền thông mạng mở, cho phép phối hợp các thành phần thiết bị cơ sở khác nhau của hệ thống để có thể đáp ứng các nhu cầu cụ
<b>thể của nhiều loại cơng trình. Hệ thống quản lý tòa nhà Savic-netTMFX mini là hệ </b>
thống thu gọn đơn giản mà vẫn đủ đáp ứng những nhu cầu quản lý toà nhà.
Hệ thống cấu thành bởi máy chủ quản lý tích hợp (MIS), máy chủ quản lý hệ thống (SMS), máy chủ lưu trữ dữ liệu (DSS), máy chủ lõi hệ thống (SCS), cho phép sử dụng máy tính cá nhân để điều khiển và giám sát hệ thống BMS như một thiết bị
Kết quả là nâng cao tính năng quản lý theo dõi và giảm chi phí vận hành.
<i>Hình 1. 9. Sơ đồ minh họa cấu trúc truyền thông trong quản lý tịa nhà của </i>
<i><b>Azbil </b></i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28"><i>Hình 1. 10. Sơ đồ minh họa phân cấp thiết bị trong quản lý tòa nhà của </i>
<i><b>Azbil </b></i>
<i><b>Kết luận: Qua việc tìm hiểu sản phẩm của các hãng trên thị trường về cơng nghệ </b></i>
<i>BMS, nhận thấy mỗi hãng đều có sự phối hợp các kiểu giao thức truyền thông dữ liệu riêng trong việc quản lý tòa nhà, khách sạn. Với thiết bị điều khiển trung tâm cho đến các thiết bị cấp trường đều có các đặc tính riêng của mỗi hãng. Tuy nhiên tất cả đều cùng mục đích là xây dựng được một giải pháp vận hành và quản lý tòa nhà linh hoạt, giao diện rõ ràng thân thiện, cập nhật dữ liệu theo thời gian thực. Hiện nay, có rất nhiều giải pháp thiết kế bộ điều khiển trung tâm dưới dạng hộp đen, do vậy các kỹ sư vận hành các tịa nhà, khách sạn khó có thể can thiệp và mở rộng khả năng ứng dụng cho các thiết bị ngoại vi. Vì vậy, với đề xuất ứng dụng PLC là một thiết bị lập trình và vận hành tương đối đơn giản và có độ chính xác cao vào công nghệ BMS này, không chỉ điều khiển và giám sát hệ BMS trong mạng </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29"><i>nội bộ mà cịn có thể giảm sát ở bất cứ đâu qua mạng Internet, đồng thời kết hợp với việc xây dựng giao diện quản lý vận hành tòa nhà qua các phần mềm mã nguồn mở sẽ đem lại những giải pháp mới có tính mở cho công nghệ quản lý tòa nhà, khách sạn hiện nay. Đây là hướng chính cho nội dung của luận văn này. </i>
<b>1.3. Kết luận Chương 1 </b>
<i>Chương 1 đã trình bày tổng quan về công nghệ quản lý tòa nhà – BMS, trong đó giới thiệu chức năng, cấu trúc truyền thơng tín hiệu, cấu trúc phân cấp điều khiển. Đồng thời giới thiệu một số kiến trúc hệ thống BMS của các hãng trên thị trường thế giới, đã và đang được sử dụng trong thực tế hiện nay tại Việt Nam. Từ đó, trong giới hạn nghiên cứu của đề tài chỉ tập trung đề xuất giải pháp điều khiển và xây dựng giao diện giám sát các thiết bị điện từ trung tâm điều khiển (có thể tại quầy lễ tân, hoặc khu vực trực trạm tòa nhà…) tới thiết bị đầu cuối (thiết bị chiếu sáng, quạt thơng gió hành lang, thiết bị báo cháy…) trong tịa nhà, khách sạn nói chung. </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30"><b>CHƯƠNG 2 </b>
<b>ĐỀ XUẤT CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN TRONG TÒA NHÀ, KHÁCH SẠN QUA MẠNG </b>
<b>INTERNET/ETHERNET </b>
<b>2.1 Tìm hiểu ứng dụng thự tế công nghệ BMS cho khu FLC_Hạ Long </b>
FLC Grand Hotel Hạ Long có diện tích 224 ha với tổng mức đầu tư 3.400 tỷ đồng, là quần thể nghỉ dưỡng 5 sao trên đồi duy nhất tại trung tâm Hạ Long. Khai trương và đi vào vận hành từ ngày 15/12/2018, FLC Hạ Long được xem là một trong những khu nghỉ dưỡng quy mô lớn, hiện đại và đẳng cấp bậc nhất của tỉnh Quảng Ninh.
<i>Hình 2. 1. Hình ảnh khu FLC Grand Hotel Hạ Long </i>
Việc vận hành và quản lý khách sạn được giám sát theo công nghệ BMS của hãng Honeywell sản xuất do nhà thi công IBS engineering triển khai.
<b>2.1.1 Những yêu cầu kỹ thuật cho dự án BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long </b>
<b>Giải pháp BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long tích hợp tất cả các hệ thống </b>
trên một nền tảng hợp nhất và duy nhất, bao gồm:
Hệ thống BMS: Điều khiển các hệ thống cấp lạnh, hệ thống cấp nóng, các khối xử lý khơng khí AHU, hệ thống thơng gió.
Hệ thống điện (tủ điện hạ thế, tủ điện tầng, máy phát, máy biến áp, …) Hệ thống cung cấp nước
</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31"><b> Các tính năng: </b>
Hỗ trợ phát triển các ứng dụng Mobile web. Web server tự động phát hiện trình duyệt di dộng và cung cấp giao diện người dùng phù hợp với kích thước màn hình hiển thị nhỏ của thiết bị di động.
Giao diện người dùng hỗ trợ Java cũng như giao diện không cần Java cho các trình duyệt
Hỗ trợ khơng giới hạn số người truy cập thơng qua Internet/ intranet với trình duyệt web tiêu chuẩn phụ thuộc vào tài nguyên máy chủ.
Lựa chon thêm cho việc thu thập dữ liệu thông qua cơ sở dữ liệu DB2, Oracle hoặc SQL và các định dạng văn bản HTTP/HTML/XML.
Biên bản ghi cho sự thay đổi cơ sở dữ liệu, việc lưu trữ cơ sở dữ liệu, và dự phòng, các hàm thời gian, lịch, kế hoạch, điều khiển và chương trình quản lý năng lượng.
Quy trình và quá trình xử lý cảnh báo tinh vi bao gồm email và nhắn tin cảnh báo.
Cho phép người dùng định nghĩa các thuộc tính về màu sắc, font chữ, biểu tượng để đáp ứng các yêu cầu tùy biến.
Cung cấp khả năng truy cập đến các dữ liệu cảnh báo, bản ghi, đồ họa, kế hoạch và cấu hình thơng qua trình duyệt web tiêu chuẩn.
Cung cấp các chức năng quản lý sự kiện, lập báo cáo với tính tùy biến cao bên cạnh các biểu mẫu chuẩn.
Quản lý bảo mật hệ thống. Vấn đề bảo mật và bảo vệ mật khẩu sử dụng các kỹ thuật mã hóa và xác thực trên nền Java tiêu chuẩn với lựa chọn thêm về bảo mật được hỗ trợ thông qua SSL và kết nối LDAP bên ngoài.
Thư viện đồ họa được cập nhật với các hình ảnh thực tế và dạn 3-D cho các thiết bị HVAC và các đồ họa chung.
Phần trợ giúp xây dựng trên cơ sở HTML bao gồm các tài liệu online đầy đủ. Hỗ trợ nhiều bộ điều khiển mạng kết nối đến một mạng Internet hay mạng Ethernet nội bộ.
Cung cấp khả năng sử dụng online và offline các cơng cụ cấu hình đồ họa và thư viện đối tượng Java.
</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">Có các lựa chọn thêm cho các driver dành cho giao thức Bacnet IP, OPC(client), Modbus TCP, LonIP và SNMP; việc mở rộng các điểm cho driver có thể được thực hiện một cách linh hoạt và phù hợp với mọi yêu cầu bằng cách mua thêm các gói 500 điểm cho mỗi giao thức tương ứng. Hỗ trợ cả 32 bit và 64 bit.
<b> Yêu cầu về thiết bị điều khiển BMS: </b>
Thiết bị điều khiển của hệ thống BMS bao gồm:
Bộ nhớ RAM: 4GB (1 x 4GB) PC3-12800E DDR3 UDIMM
Bộ nhớ mở rộng: 4 LFF SAS/SATA HDD cage; gồm 4 ngăn ổ cứng trống Nguồn cấp: 350W Multi-Output Power Supply
Quản lý: Management Engine (standard on shared system)
- Bộ điều khiển mạng kết hợp các chức năng điều khiển giám sát, ghi dữ liệu, cảnh báo, lập kế hoạch và quản lý mạng với khả năng kết nối Internet và dịch vụ web. + Chạy trên nền tảng Niagara, hỗ trợ rất nhiều giao thức bao gồm Lonworks, Bacnet, Modbus, và Internet.
+ Bộ vi xử lý: Bộ xử lý 400 MHz
+ Bộ nhớ: tối thiểu 64MB SDRAM, có thể mở rộng lên tới 128 MB, 128MB Flash + Tích hợp pin dự phịng
</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">+ Cổng truyềng thơng: Hỗ trợ tối thiểu 01 cổng mạng Ethernet 10/100mbps RJ45, 01 cổng RS485, 01 cổng RS232
<i><b>Bộ điều khiển trường: </b></i>
Bộ điều khiển Lonwork hoặc BACnet MSTP 6UI, 4DI, 3AO, 8DO, đặc tính kỹ thuật:
- Chip lõi kép đa nhiệm, tối thiểu gồm 02 chip 16 hoặc 32 bit - Một chip phụ trách truyền thông
- Một chip phụ trách thu thập vào/ra và chương trình điều khiển - Bộ nhớ RAM tối thiểu 72Kb, Flash tối thiểu 372Kb
- Tốc độ truyền thông hỗ trợ tới 115.2Kbits/s - Hỗ trợ tích hợp sẵn đồng hồ thời gian thực
<i><b>Các thiết bị trường: </b></i>
Cơng tắc chênh áp đường ống gió: Dải đo áp suất 40…400 Pa, hoạt động trong môi trường -20...+85 °C áp suất tối đa 10 kPa, IP54
Cảm biến áp suấtđường ống nước : ải đo áp suất 0…200psi, nhiệt độ hoạt động -40...105°C.
Cảm biến nhiệt độ đường ống nước: dải đo -25…130°C, NTC 20kΩ, IP 52
Cảm biến nhiệt độ độ ẩm trong nhà: Cảm biến nhiệt độ độ ẩm ngoài trời, kết hợp cảm biến nhiệt độ 20k Ω NTC và cảm biến độ ẩm loại điện dung có độ chính xác 3%, hoạt động ở điều kiện 0...50°C.
Cơng tắc dịng chảy: Cơng tắc dòng chảy, áp suất hoạt động 1MPa, áp suất chịu đựng 1.75MPa, nhiệt độ chất lỏng tối đa 100°C.
Cảm biến nhiệt độ đường ống gió: dải đo 40…80°C, NTC 20kΩ, IP30.
Cảm biến nồng độ khí CO2 gắn ống gió: Cảm biến CO2, dải đo 0..2000ppm, hoạt động ở điều kiện 0...50°C.
Cảm biến CO: dải đo 0..250ppm, hoạt động ở điều kiện -10...50°C…
</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34"><i>Hình 2. 2. Sơ đồ minh họa cấu trúc phân cấp điều khiển hệ thống BMS tại FLC Grand </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35"><i>Hình 2. 4. Hình ảnh giao diện vận hành hệ thống van nước nóng </i>
<i>Hình 2. 5. Hình ảnh giao diện vận hành hệ thống bơm nước cho khách sạn </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36"><i>Hình 2. 6. Hình ảnh giao diện vận hành Chiller </i>
<i>Hình 2. 7. Hình ảnh giao diện vận hành AHU </i>
</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37"><i>Hình 2. 8. Hình ảnh giao diện chiếu sáng </i>
<i><b>2.1.3 Một số thiết bị chính cho dự án BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long </b></i>
Mọi máy chủ PowerEdge đều được tạo ra với kiến trúc có khả năng phục hồi khơng gian mạng, bảo mật tòa nhàvào tất cả các phần của vòng đời của máy chủ. T440 sử dụng các tính năng bảo mật mới này để bạn có thể cung cấp đúng dữ liệu một cách đáng tin cậy và an tồn cho khách hàng của mình, dù bất cứ ở đâu. Dell EMC xem xét từng phần của bảo mật hệ thống, từ thiết kế đến hết tuổi thọ, để đảm bảo sự tin cậy và cung cấp các hệ thống an toàn, không cần lo lắng. Máy chủ PowerEdge T440 là dòng máy chủ phù hợp cho quản lý các doanh nghiệp và hệ thống có quy mơ vừa và nhỏ.
• Dựa vào chuỗi cung ứng an toàn bảo vệ máy chủ từ nhà máy đến dữ liệu trung tâm.
• Duy trì an tồn dữ liệu với các gói chương trình cơ sở được ký bằng mật mã và khởi động an tồn.
• Ngăn chặn thay đổi trái phép hoặc độc hại với Server Lockdown.
• Xóa tất cả dữ liệu khỏi phương tiện lưu trữ bao gồm ổ cứng, SSD và hệ thống bộ nhớ một cách nhanh chóng và an tồn với System Erase.
</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38"><i>Hình 2. 9.Máy chủ PowerEdge T440 cho hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long </i>
<i><b>Bảng 1: Thông số kỹ thuật máy chủ PowerEdge T440 </b></i>
Bộ điều khiển PUB và PVB là một phần của hệ thống điều khiển Spyder do hãng Honeywell sản xuất, đƣợc tích hợp 9 bộ điều khiển là các thiết bị mạng
</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">BACnet MS/TP, được thiết kế để điều khiển thiết bị HVAC. Những bộ điều khiển này cung cấp nhiều tùy chọn và tính năng hệ thống nâng cao cho phép kiểm sốt tịa nhà thương mại hiện đại. Mỗi bộ điều khiển có thể lập trình và cấu hình bằng cách sử dụng phần mềm NIAGARA FRAMEWORK®.
<i>Đặc điểm chính của “DDC_PUB6438SR”: </i>
Sử dụng giao tiếp mạng BACnet MS/TP.
• Mạng truyền thơng EIA-485 có tốc độ truyền trong khoảng 9,6 đến 115,2 kbits/s. • Có khả năng hoạt động độc lập, nhưng cũng có thể sử dụng truyền thơng mạng BACnet MS/TP.
• Hỗ trợ tối đa 30 bộ điều khiển trên mỗi BACnet MS/TP bộ phận.
• Trường có thể định cấu hình và lập trình để điều khiển, các chức năng đầu vào và đầu ra bằng cách sử dng phn mm NIAGARA FRAMEWORKđ.
ã Cụng c khối chức năng, cho phép ứng dụng nhà thiết kế để lập trình bộ điều khiển để thực hiện một loạt nhiều ứng dụng HVAC.
• Các chức năng kiểm sốt vùng tích hợp bao gồm tường từ xa, giao diện mô-đun và một lịch trình hoạt động sẵn.
<i>Hình 2. 10.Bộ điều khiển HVAC của hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long </i>
Thiết bị WEB-8000 do hãng Honeywell sản xuất bản chất là một hệ IoT (Internet of Things) nền tảng máy chủ - điều khiển để kết nối nhiều thiết bị và hệ thống con đa dạng và phong phú. Với khả năng kết nối Internet và Webserving, cho
</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">phép bộ điều khiển WEB-8000 cung cấp khả năng điều khiển tích hợp, giám sát, ghi dữ liệu, báo động, lập kế hoạch. Nó truyền dữ liệu và hiển thị đồ họa phong phú đến một trình duyệt Web tiêu chuẩn thơng qua Ethernet hoặc không dây LAN, hoặc từ xa qua Internet. Thiết bị WEB-8000 cho phép kết nối với 4 module mở rộng, gồm các chuẩn RS232, RS485, LON.
<i>Hình 2. 11.Bộ điều khiển trung tâm <b>WEB-8025-U</b> của hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long </i>
Các thiết bị Sylk I/O là một phần của hệ thống Spyder. Bộ ba các thiết bị Sylk I/O (gồm: SI06042; SI04022; SI01200) đƣợc thiết kế để tích hợp liền mạch với Spyder và với bộ điều khiển rơle. Các thiết bị này mở rộng phạm vi của một Spyder, tăng khả năng ứng dụng của bộ điều khiển trong các ứng dụng đòi hỏi số lƣợng lớn I/O vật lớn, các thiết bị có thể lập trình đƣợc bằng cách sử dụng các dây cáp Spyder hiện có thơng qua phần mềm Niagara Framework®. Các thiết bị Sylk I/O đƣợc thiết kế để sử dụng trong các ứng dụng HVAC.
<i>Hình 2. 12.Minh họa module mở rộng <b>Sylk™ I/O</b> của hệ thống BMS tại FLC Grand Hotel Hạ Long </i>
</div>
